memoria de 2009 - Instituto de Estructura de la Materia - Consejo ...

A.Alonso Herrero, S. Arribas and L. Colina participan en los grupos internacionales de trabajo dedicados a
elaborar los programas científicos asociados al tiempo garantizado de los instrumentos NIRSpec y MIRI del JWST
en el área genérica de formación y evolución de galaxias a distancias cosmológicas. En concreto, S. Arribas es el
IP español del programa FP7 titulado ELIXIR, Early Universe Exploration with NIRSpec.
FÍSICA MOLECULAR TEÓRICA APLICADA A SISTEMAS DE INTERÉS ASTROFÍSICO
Durante los próximos años, varias misiones espaciales o de instrumentación en tierra (HERSCHEL, ELT, ALMA)
van a permitir describir las propiedades físico-químicas de las nubes moleculares con una sensibilidad sin
precedentes, produciendo una multitud de líneas espectrales. La identificación, análisis e interpretación de estas
líneas requiere un gran esfuerzo conjunto de astrofísicos y químico-físicos de modelización y de análisis de los
datos experimentales, procesos colisionales y reacciones químicas.
En los últimos años, se han detectado más de 150 especies moleculares distintas, que van desde las moléculas
diatómicas más simples, a las más complejas como son los fulerenos o los PAHs. En este búsqueda, la Física
Molecular Teórica juega un papel fundamental ya que las fuentes astrofísicas representan cunas inagotables de
especies moleculares nuevas que se forman o existen a muy bajas presiones y temperaturas y que se pueden
estudiar como moléculas aisladas. Permiten realizar cálculos de muy alto nivel para predecir con mucha precisión
estructuras y propiedades moleculares en distintos estados excitados, así como estudiar su reactividad y procesos
de formación. En el caso de especies interestelares difícilmente sintetizables a nivel laboratorio, los datos teóricos
son las únicas fuentes de información de las que se dispone. Cuando son sintetizables, los cálculos permiten
entender las propiedades de los sistemas, correlacionarlas con la estructura molecular o verificar asignaciones.
Nuestra contribución a la preparación científica de las futuras misiones se lleva a cabo dentro de los entornos de
proyectos de alcance europeo como “Molecular Universe”, en colaboración con los equipos que forman los
proyectos AYA2005-00446 y AYA2008-00702. Estamos abordando mediante métodos teóricos tres campos de
investigación, fundamentales para la Astrofísica Molecular: 1) Determinación de estructuras de nuevas especies de
baja estabilidad, frecuencias de las transiciones y los coeficientes de excitación; 2) Determinación de las
intensidades mediante coeficientes de excitación colisional 3) Estudio de las reacciones químicas de formación.
Muchos de nuestros resultados se recogen en las bases de datos para Astroquímica (Cologne Database for
Molecular Spectroscopy (CDMS), BASECOL, UMIST, para su empleo por los astrofísicos.
a) Determinación de estructuras de nuevas especies de baja estabilidad, frecuencias de las transiciones y los
coeficientes de excitación. Distinguimos entre moléculas no-rígidas (con varios confórmeros) y semi-rígidas (que
pueden presentar isomerismo), ya que requieren diferente metodología. El cálculo ab initio se emplea para
determinar Superficies de Energía Potencial (PES) de distintos estados electrónicos y para predecir efectos
rovibrónicos, Renner-Teller, Spin-Orbita,..etc. Para este fin, empleamos paquetes ab initio comerciales (MOLPRO,
MOLCAS, GAUSSIAN) con cuyos equipos de programación colaboramos. Para determinar propiedades
observables a partir de las PES, empleamos programas originales en Fortran que hemos desarrollado (FIT-
ESPEC, ENEDIM). Durante estos últimos años, hemos hecho un esfuerzo muy grande para programar subrutinas
que permitan ampliar el número de propiedades a determinar, y así abrir el acceso al estudio de sistemas cada ver
más complejos.
Muchas especies astrofísicas no están bien caracterizadas experimentalmente debido a su inestabilidad. Este el
caso de las cadenas carbonadas (neutras o con carga eléctrica) tipo C n , C n X y (X = H,Si) que son intermediatos de
reacciones de formación de grandes moléculas orgánicas. Por otra parte, hay especies como el etil-metil-eter que se
conocen muy bien pero de las que existen incoherencias en las bases de para algunas propiedades concretas.. Estas
incoherencias se originan a la hora de asignar los espectros experimentales (ya que se emplean modelos teóricos
efectivos relativamente simples) o se deben a que las distintas técnicas experimentales proporcionan datos no
coincidentes.
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